DE19642097A1 - Antrieb für eine ölgedichtete Vakuumpumpe, insbesondere Drehschiebervakuumpumpe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Antrieb für eine ölgedich­ tete Vakuumpumpe, insbesondere Drehschiebervakuumpumpe, welcher als 1-Phasen-Asynchronmotor mit Hauptwicklung, Hilfswicklung und Kondensator ausgebildet ist.

Bekannte ölgedichtete Drehschiebervakuumpumpen sind üb­ licherweise mit 1-Phasen-Asynchronmotoren ausgerüstet. Ein sich auf den Antriebsmotor auswirkendes Problem be­ steht darin, daß sie zwei signifikante Betriebspunkte haben, die stark unterschiedliche Wellenleistungen bzw. Drehmomente erfordern. Im einzelnen sind dies der Kalt­ start der Pumpe bei üblicherweise 10° C Öltemperatur (hoher Momentenbedarf) sowie der Betrieb der Pumpe bei Enddruck (quasi Leerlauf = niedriger Momentenbedarf). Legt man nun die Momentenkennlinie des Motors für einen einwandfreien Kaltstart aus, so weist der Motor bei End­ druckbetrieb der Pumpe durch die Motorüberdimensionie­ rung einen Momentcoüberschuß auf, der durch die stark überhöhten Pendelmomente die Pumpe zu unerwünschten Pum­ pengeräuschen anregt. Legt man dagegen die Momentenkenn­ linie des Motors für den betriebswarmen Zustand aus, so bekommt man zwar einen kleinen kompakten Motor, der die Pumpe geräuschmäßig nicht anregt, aber die Pumpe bei den geforderten Kaltstartbedingungen nicht anlaufen läßt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb für eine ölgedichtete Vakuumpumpe so zu gestalten, daß ein einwandfreier Kaltstart gewährlei­ stet ist, ohne daß das Geräuschverhalten im Enddruckbe­ trieb beeinträchtigt ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Hilfswicklung des Antriebsmotors mit mehreren Anzapfungen ausgerüstet ist, daß zur Umschaltung der Anzapfungen ein Schalter vorgesehen ist und daß der automatischen Betätigung des Schalters eine Elektronik dient, die den Schalter in Abhängigkeit vom Momen­ tenbedarf betätigt. Bei einem Antrieb mit diesen Merkma­ len können je nach Belastung des Motors Teile der Hilfs­ wicklung automatisch zu- und abgeschaltet werden. Da­ durch besteht die Möglichkeit, daß die Vakuumpumpe in jedem ihrer Betriebspunkte mit optimalem Motormoment be­ trieben werden kann.

Zweckmäßig dient der Spannungsabfall über der Hilfswicklung als Führungsgröße für den den Anzapfungen zugeordneten Schalter. Dieser Spannungsabfall ist ein Maß für das augenblicklich erforderliche Moment.

Um ölgedichtete Vakuumpumpen der beschriebenen Art welt­ weit vertreiben zu können, müssen sie an Versorgungs­ netze anschließbar sein, die unterschiedliche Wechsel­ spannungen (115 V, 230 V) und unterschiedliche Frequen­ zen (50 Hz/60 Hz) haben. Zur Anpassung der Motoren an das jeweils vorhandene Netz werden die Motorwicklungen entsprechend umgeschaltet. Diese Maßnahmen erfolgen in der Regel manuell im Motorklemmenkasten vor der Inbe­ triebnahme der Vakuumpumpen.

Eingriffe der beschriebenen Art müssen häufig vom Kunden selbst durchgeführt werden und sind deshalb in besonde­ rem Maße fehlerbehaftet. Bei Fehlschaltungen besteht die Gefahr, daß am Antriebsmotor, an der Vakuumpumpe und/oder an bzw. im an die Vakuumpumpe angeschlossenen Rezipienten Schäden (zum Beispiel Öl-Verseuchungen in der Vakuumkammer) entstehen. Ein Schadensrisiko dieser Art wollen insbesondere Anlagenhersteller vermeiden, die ölgedichtete Vakuumpumpen beziehen, in ihre Anlagen ein­ bauen und diese weltweit, also in Gebiete mit unter­ schiedlichen Netzspannungen, vertreiben.

Der vorliegenden Erfindung liegt zusätzlich die Aufgabe zugrunde, einen Antrieb für eine ölgedichtete Vakuum­ pumpe der eingangs erwähnten Art so zu gestalten, daß er nach dem Einschalten der Netzspannung diese erkennt und daß automatisch die Wicklungstränge des Motors (Haupt- und Hilfsphase) der erkannten Netzspannung ent­ sprechend geschaltet werden.

Erfindungsgemäß wird diese zusätzliche Aufgabe dadurch gelöst, daß die Motorwicklungen des 1-Phasen-Asynchron­ motors so gestaltet und angeordnet sind, daß jeweils eine Hälfte der Hauptwicklung zusammen mit einer Hälfte der Hilfswicklung mit Kondensator zu zwei Wicklungs­ paaren verschaltet sind, daß Schalter vorgesehen sind, die eine Reihenschaltung und eine Parallelschaltung der Wicklungspaare ermöglichen, und daß zur automatischen Betätigung der Schalter die Information eines Kompara­ tors dient, der die Netzspannung mit einer Referenz­ spannung vergleicht. Bei einer in dieser Weise ausgebil­ deten Motorwicklung ist die Reihenschaltung der Wicklungspaare für den Betrieb an einem Versorgungsnetz mit großer Spannung (175 bis 265 V-AC) geeignet. Bei ei­ ner Parallelschaltung der Wicklungspaare kann der An­ triebsmotor mit einem Versorgungsnetz mit kleiner Span­ nung (80 bis 136 V-AC) betrieben werden. Unmittelbar nach dem Einschalten des Antriebsmotors erkennt der Kom­ parator die angelegte Netzspannung und veranlaßt auto­ matisch, daß die Wicklungspaare je nach Netzspannung in Reihe oder parallel geschaltet werden. Ein manueller Eingriff in die Schaltung der Motorwicklungen ist nicht mehr erforderlich. Das geschilderte Schadensrisiko be­ steht nicht mehr.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sollen an Hand von in den Fig. 1 bis 3 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispielen erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 und 2 Beispiele für Motorwicklungen eines Antriebsmotors nach der Erfindung und

Fig. 3 ein stark schematisiertes Blockschaltbild.

Die Fig. 1 und 2 lassen erkennen, daß die Motorwick­ lung 1 zwei Hälften 2, 3 der Hauptwicklung und zwei Hälften 4, 5 der Hilfswicklung, jeweils mit ihrem Kon­ densator 6, 7, umfaßt. Die Netzspannung ist durch zwei Linien angedeutet, die mit L (Phase) und N (Null-Leiter) bezeichnet sind.

Mit Hilfe der Schalter 8 (einfacher Schalter) und 9 (Umschalter) können die durch die Aufteilung der Haupt­ wicklung und der Hilfswicklung entstandenen Wicklungs­ paare parallel (Fig. 2) und in Reihe (Fig. 1) geschal­ tet werden. Sind die Wicklungspaare parallel geschaltet, kann der Antriebsmotor mit kleiner Netzspannung (zum Beispiel 115 V) betrieben werden. Die Reihenschaltung der Wicklungspaare ist für den Betrieb des Antriebsmo­ tors mit großer Netzspannung (230 V) geeignet.

Zusätzlich sind die Hilfswicklungen 4 und 5 mit mehreren (drei) Anzapfungen versehen, welche die Einschaltung von Teilen der Wicklungen ermöglichen. Die dazu notwendigen Schalter sind mit 13 und 14 bezeichnet.

Beim Blockschaltbild nach Fig. 3 ist der Antriebsmotor generell mit 11 bezeichnet. Über den Ein-/Ausschalter 12 werden die im Motor 11 befindlichen Wicklungen an das jeweils vorhandene Netz angeschlossen. Zur Umschaltung der Wicklungspaare sind im Block 15 untergebrachte Halbleiter-Relais' vorgesehen, von denen eines die Funktion des Schalters 8 und zwei weitere die Funktion des Schalters 9 (Ausführungsbeispiel nach Fig. 1) haben. Weitere Halbleiter-Relais' im Block 15 haben die Funktion der Schalter 13 und 14.

Der Betätigung der Halbleiter-Relais' dient der Mikro-Pro­ zessor 19. Zur Betätigung der Halbleiter-Relais', die den Schaltern 8 und 9 im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 entsprechen, erhält er ständig Informationen über die Netzspannung, die er mit einer Referenzspannung vergleicht. Beim Über- bzw. Unterschreiten eines Schaltpunktes wird ein Signal generiert, welches Schalttransistoren ansteuert, die ihrerseits die betrofenen Halbleiter-Relais' durchschalten. Zweckmäßig ist eine dem Mikro-Prozessor 19 nachgeschaltete Treiberstufe mit einer Einschaltverzögerung ausgerüstet, so daß kurzzeitige Änderungen der Netzspannung unterdrückt werden können. Außerdem kann die Treiberstufe dazu verwendet werden, eine geeignete Verriegelung sicherzustellen, das heißt, daß ein Halbleiter-Relais eines Wicklungspaares erst dann eingeschaltet werden kann, wenn der Strom im anderen Wicklungspaar 0 ist.

Zur Betätigung der Halbleiter-Relais', die den Schaltern 13 und 14 entsprechen, erhält der Mikro-Prozessor 19 vom Motor 11 z. B. Informationen über die über einer Hilfswicklung abfallende Spannung und leitet daraus den augenblicklichen Momentenbedarf ab. Diesem Momentenbedarf entsprechend werden Signale generiert, die über Schalttransistoren die betroffenen Halbleiter-Re­ lais' im Block 15 durchschalten.

Mit 17 ist ein Netzteil bezeichnet, dessen Eingangsspannungsbereich kleine und große Netzspannungen umfaßt. Dieses Ziel kann zweckmäßig mit Hilfe eines Weitspannungsreglers erreicht werden.

Claims (9)

1. Antrieb für eine ölgedichtete Vakuumpumpe, insbesondere Drehschiebervakuumpumpe, welcher als 1-Phasen-Asynchronmotor mit Hauptwicklung, Hilfswicklung und Kondensator ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfswicklung des Antriebsmotors mit mehreren Anzapfungen ausgerüstet ist, daß zur Umschaltung der Anzapfungen ein Schalter vorgesehen ist und daß der automatischen Betätigung des Schalters eine Elektronik dient, den den Schalter in Abhängigkeit vom Momentenbedarf betätigt.

2. Antrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsabfall über einer Hilfswicklung als Führungsgröße für den den Anzapfungen zugeordneten Schalter dient.

3. Antrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Motorwicklungen des 1-Phasen-Asynchron­ motors so gestaltet und angeordnet sind, daß jeweils eine Hälfte (2, 3) der Hauptwicklung zusammen mit einer Hälfte (4, 5) der Hilfswicklung mit Kondensator (6 bzw. 7) zu zwei Wicklungspaaren verschaltet sind, daß Schalter (8, 9) vorgesehen sind, die eine Reihenschaltung und eine Parallel­ schaltung der Wicklungspaare ermöglichen, und daß zur automatischen Betätigung der Schalter (8, 9) die Information eines Komparators (16) dient, der die Netzspannung mit einer Referenzspannung ver­ gleicht.

4. Antrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Hälften (4, 5) der Hilfswicklung mit mehreren Anzapfungen ausgerüstet sind, denen je ein Schalter (13, 14) zugeordnet ist.

5. Antrieb nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (8, 9, 13, 14) von Halbleiter-Relais' (15) gebildet werden, die von Komparatoren (16, 18) über Schalttransistoren durchgeschaltet werden.

6. Antrieb nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Komparator (16) eine Treiberstufe mit ei­ ner Einschaltverzögerung nachgeschaltet ist.

7. Antrieb nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Treiberstufe zusätzlich Verriegelungsfunk­ tionen hat, das heißt, daß ein Halbleiter-Relais eines Wicklungspaares erst dann eingeschaltet wer­ den kann, wenn der Strom im anderen Wicklungspaar 0 ist.

8. Antrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektronik (17) der Erzeugung der Referenzspannung dient.

9. Antrieb nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronik (17) mit einem Netzteil ausge­ rüstet ist, dessen Eingangsspannungsbereich kleine und große Netzspannungen umfaßt.